KR20030011666A - Method and mold for molding of plastic articles - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A forming method of a product and its mold are provided to improve the durability by removing a flaking event of a heating layer and an insulation layer, to improve the quality and the efficiency by forming at a high temperature and to improve the forming productivity by quickly and uniformly heating and quickly cooling the surface of a cavity in the mold. CONSTITUTION: Mold cavity surfaces(11,12) are formed by integrated cells(7,8) to be formed by a surface heating layer and a rear insulation layer having an air layer of 20¯90%. The mold cavity surfaces are induction-heated at 50¯400deg.C for 0.5¯20seconds. The temperature of the mold cavity surfaces is cooled within 0.1¯20 seconds by circulating a coolant in a main body of a mold or circulating the coolant in the air layer. Thereby, the heating and the cooling are performed quickly, the uniform temperature distribution is obtained and the flaking problem is solved.

Description

제품의 성형을 위한 방법 및 이때 사용하는 금형{Method and mold for molding of plastic articles}METHOD AND MOLD FOR MOLDING OF PLASTIC ARTICLES

본 발명은 제품의 성형을 위한 방법 및 이때 사용하는 금형에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 공지된 각종 히팅방법을 사용하여 금형의 캐비티를 적극적으로 신속하고 균일하게 승온시킬 수 있도록 하는 한편, 승온층과 단열층의 기능을 갖는 셸(Shell)을 사용하여 금형의 캐비티를 구성함으로써, 성형 사이클 시간을 최소화하면서 성형품의 품질개선 및 성능향상을 도모할 수 있도록 한 제품의 성형을 위한 방법 및 이때 사용하는 금형에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a product and a mold used at this time, and more particularly, by using various conventionally known heating methods to actively and rapidly raise the cavity of the mold, while raising the temperature. A method for forming a product that can improve the quality and performance of a molded product by minimizing the molding cycle time by using a shell having a function of a layer and a heat insulating layer, thereby minimizing the molding cycle time. It is about a mold.

일반적으로 플라스틱 등과 같은 제품의 성형은 인젝션 몰딩(사출성형), 블로우 몰딩(중공성형), 서모 포밍(열성형) 등의 방법을 이용하며, 변형이 가능한 온도로 가열된 성형재료, 예를 들면 열가소성 물질, 세라믹, 금속 등을 금형 캐비티에 주입한 후 금형 캐비티 형태로 복제하여 만들고, 변형하지 않을 온도로 냉각한 다음 금형으로부터 취출하여 성형품을 제조한다.In general, molding of a product such as plastic is performed by injection molding (injection molding), blow molding (hollow molding), thermoforming (thermoforming), and the like, and a molding material heated to a deformable temperature, for example, thermoplastic Material, ceramic, metal, etc. are injected into the mold cavity and then duplicated in the form of the mold cavity, cooled to a temperature that will not deform, and taken out from the mold to produce a molded article.

금형에 성형재료를 주입하여 성형 후 성형품을 빼어내고 다시 성형재료를 주입하는 과정을 반복적으로 수행하는 것을 성형 사이클이라 하며, 이러한 성형 사이클에 필요한 시간은 성형 생산성을 나타낸다.The molding cycle is repeatedly performed by injecting the molding material into the mold, removing the molded product after molding, and injecting the molding material again, and the time required for the molding cycle represents molding productivity.

보통 성형 사이클을 단축하기 위한 방법으로 금형의 온도를 가능한 낮게 하여 냉각시간을 단축시키고 있는데, 이러한 경우 냉각시간은 줄일 수 있지만 가열된 성형재료가 금형에 주입되는 단계에서 낮은 온도의 금형 캐비티 표면과 만나는 경계면에서 급냉되어 유동저항이 커져서 성형품의 표면에 결함이 생기거나, 또는 유동에 따른 응력이 많이 발생하여 성형품 내에 성형 후 잔류응력이 과다하게 형성되어 성형품의 품질이 저하되기도 한다.As a way to shorten the molding cycle, the cooling time is shortened by making the mold temperature as low as possible. In this case, the cooling time can be reduced, but when the heated molding material is injected into the mold, it meets the low temperature mold cavity surface. Rapid cooling at the interface increases flow resistance, which causes defects on the surface of the molded article, or generates a large amount of stress due to flow, resulting in excessive residual stress after molding in the molded article, thereby degrading the quality of the molded article.

또한, 두께가 얇으면서 긴 유로를 갖는 성형품의 경우 미성형이 되기도 하며, 이것을 방지하기 위하여 두께를 두껍게 설계할 수 밖에 없는 등 여러 가지의 문제가 있다.In addition, in the case of a molded article having a long flow path while being thin in thickness, it may be unmolded, and there are various problems such as having to design a thick thickness to prevent this.

또한, 성형품을 금형 내에서 급냉시키면 결정화가 충분히 일어나기 어려워 성형품의 성능이 충분히 발현되지 않는 경우도 있다.In addition, when the molded article is quenched in a mold, crystallization hardly occurs, and the performance of the molded article may not be sufficiently expressed.

이러한 점들을 개선하기 위하여 금형의 온도를 높이는 방법을 쓰는데 금형 전체의 온도를 높이고 다시 낮추기를 반복하는 공정은 서멀 메스(Thermal mass)가 커서 성형 사이클 시간이 길어져 생산성이 떨어 지므로 일반적으로 금형표면의 얇은 층을 승온시키는 방법을 쓴다.In order to improve these points, a method of increasing the temperature of the mold is used. The process of increasing the temperature of the entire mold and then lowering it again is generally performed because the thermal mass is large and the molding cycle time is long, which reduces productivity. Write a way to raise the layer.

승온되는 층과 금형 본체와의 사이에는 단열층을 구성한다.A heat insulation layer is comprised between the layer heated up and a metal mold | die main body.

그러나, 이와 같은 방법들은 승온과 냉각 간의 온도 차이가 큰 경우 승온층과 단열층이 박리되는 문제, 승온시간과 냉각시간 간의 상관관계를 동시에 만족시키지 못해 전체적인 성형 사이클 시간을 크게 줄이지 못하는 문제, 승온 및 냉각과정에서 금형 캐비티 표면에 균일한 온도를 얻기 어렵거나, 또는 원하는 데로 온도를 제어하는데 제약을 받는 문제 등을 나타내고 있다.However, these methods do not satisfy the correlation between the elevated temperature and the thermal insulation layer when the temperature difference between the temperature rise and the cooling is large, the correlation between the temperature rise time and the cooling time, and do not significantly reduce the overall molding cycle time. In the process, it is difficult to obtain a uniform temperature on the surface of the mold cavity, or the problem of being limited in controlling the temperature as desired.

예를 들면, 미국 특허 제5234637호에서는 0.01~0.1mm의 구리로 승온층을 구성하고 절연물질로 단열층을 구성하면서 전기 가열방법과 금형 내의 채널을 이용하는 냉각방식을 채용하고 있는 기술을 제공하고 있으나, 전극의 설계상 곡면의 경우 전기가 균일하게 흐르지 못해 균일한 온도 분포를 얻기가 어렵고, 승온층 및 단열층의 두께가 얇아 냉각효과가 우수한 잇점이 있으나, 두께가 너무 얇아 특히 승온층을 균일하게 코팅하기 어렵고, 이렇게 균일하지 못한 두께로 코팅이 되어 있으면 전기가 균일하게 흐르지 못하고, 이로 인해 발열이 균일하지 못하여 과열 및 소손의 우려가 높은 단점이 있으며, 특히 고온의 조건에서 승온하는 경우 승온층 및 단열층의 박리현상이 발생될 수 있다.For example, U.S. Patent No. 5234637 provides a technique employing an electric heating method and a cooling method using a channel in a mold while forming a heat rising layer of 0.01 to 0.1 mm of copper and a heat insulating layer of an insulating material. In the design of the electrode, it is difficult to obtain a uniform temperature distribution because the electricity is not uniformly flowed, and the thickness of the temperature rising layer and the heat insulation layer is thin, but the cooling effect is excellent. If the coating is difficult and the thickness is not uniform, electricity does not flow uniformly, and thus heat generation is not uniform, resulting in a high risk of overheating and burnout. In particular, when the temperature is elevated under high temperature conditions, Peeling may occur.

또한, 미국 특허 제5064597호에서는 전기 가열방법을 채용하고 0.25~2.54mm 정도의 두께를 갖는 다층구조로 승온층 및 단열층을 구성한 기술을 제공하고 있으나, 여기서도 승온과 냉각에 따른 층의 박리현상이 발생하는 문제가 있으며, 균일하게 승온시키기 어려운 문제가 있다.In addition, U.S. Patent No. 5064597 provides a technique in which a heating layer and a heat insulating layer are formed in a multi-layered structure having an electric heating method and having a thickness of about 0.25 to 2.54 mm. There is a problem that is difficult to raise the temperature uniformly.

또한, 미국 특허 제5041247호에서는 카본 스틸, 스테인레스 스틸 등의 승온층과 다공성 메탈, 플라스틱 등의 단열층으로 구성되는 다층 구조를 채용하고, 금형 본체상의 냉각관을 통해 냉각하는 방식의 기술을 제공하고 있으나, 승온층과 단열층을 결합시킨 경우 승온과 냉각의 온도차이가 크게 발생하면 박리현상이 일어날 수 밖에 없는 한계를 보여주고 있으며, 또한 금형 본체만을 냉각시키므로 냉각시간 또한 길다.In addition, US Pat. No. 50,047,47 employs a multi-layered structure composed of a heat rising layer such as carbon steel and stainless steel, and a heat insulating layer such as a porous metal and plastic, and provides a technique of cooling through a cooling tube on a mold body. , When the temperature increase layer and the heat insulation layer are combined, the temperature difference between the temperature rise and the cooling occurs greatly shows the limit that the peeling phenomenon can occur, and also only cooling the mold body, so the cooling time is also long.

즉, 위와 같이 기존에 제공되고 있는 여러 기술들은 승온 및 냉각방법의 효율적인 조합을 통해 성형 사이클 시간을 단축하는 측면과 연계하여 금형 캐비티 표면의 승온층이 최적의 두께를 갖도록 설계하는 방법이지만, 내구성이 떨어지고 균일한 승온이 어려우며 성형 사이클 시간을 보다 더 효과적으로 단축하는 방법을 제시하지 못하고 있는 실정이다.In other words, many of the existing technologies as described above are designed to have an optimum thickness of the heating layer on the surface of the mold cavity in connection with the aspect of reducing the molding cycle time through an efficient combination of heating and cooling methods, It is difficult to drop and uniformly raise the temperature, and has not been able to suggest a method for shortening the molding cycle time more effectively.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 임의의 곡면을 갖고 있는 성형품을 성형함에 있어서 금형의 캐비티를 구성하는 로우 서멀 매스(Low thermal mass)의 승온층(Heating layer)과 그 배면에 공기층을 갖는 단열층(Insulation layer)의 2가지 기능을 수행하는 셸을 포함하여 금형을 구성하여 승온층과 단열층의 박리현상이 근본적으로 없도록 함으로써, 내구성을 높이고, 고온 성형을 수행함으로써 성형품의 품질개선 및 성능향상을 도모하며, 또한 이러한 금형의 캐비티 표면을 인덕션 히팅방법 등을 사용하여 적극적으로 빨리 균일하게 승온하고, 또 냉각관에 냉매를 순환시켜 빨리 냉각시키는 방법을 사용하여 승온효과와 냉각효과를 동시에 만족시킬 수 있도록 함으로써, 성형 사이클 시간의 단축을 통한 성형 생산성 향상을 기대할 수 있도록 한 제품의 성형을 위한 방법 및 이때 사용하는 금형을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of such a point, and in forming a molded article having an arbitrary curved surface, a heating layer of a low thermal mass constituting a cavity of a mold and a rear surface thereof are formed. Including a shell which performs two functions of an insulation layer having an air layer on the mold, the mold is formed so that peeling of the heating layer and the insulation layer is essentially eliminated, thereby improving durability and improving the quality of the molded product by performing high temperature molding. And improve the performance, and also increase the temperature and cooling effect by using the induction heating method to rapidly and uniformly increase the temperature of the mold surface and circulate the refrigerant in the cooling tube to cool it quickly. At the same time, the molding productivity can be expected to be improved by reducing the molding cycle time. It is an object of the present invention to provide a method for forming a product and a mold for use.

물론, 본 발명에서도 금형 캐비티 표면의 승온을 위하여 기존의 히팅방법인 냉각관에 가열시간동안 고온의 액체 또는 기체를 순환시키는 방법, 캐비티 표면에고온의 물체를 접촉시키는 방법 등이 사용될 수도 있다.Of course, in the present invention, a method of circulating a high temperature liquid or gas during a heating time in a cooling tube, which is a conventional heating method, for heating the mold cavity surface, and a method of contacting a high temperature object to the cavity surface may be used.

도 1은 본 발명에 따른 금형의 전체적인 구조를 나타내는 단면도1 is a cross-sectional view showing the overall structure of a mold according to the present invention

도 2는 본 발명에 따른 금형에서 셸의 일 구현예를 보여주는 단면도2 is a cross-sectional view showing one embodiment of a shell in a mold according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 금형에서 한쪽 금형의 캐비티를 보여주는 사시도3 is a perspective view showing a cavity of one mold in the mold according to the present invention;

도 4a 내지 4c는 도 2의 A-A 선 단면의 여러 구현예를 보여주는 단면도4A-4C are cross-sectional views showing various embodiments of the cross-section along the line A-A of FIG.

도 5는 본 발명에 따른 금형에서 셸의 다른 구현예를 보여주는 단면도5 is a cross-sectional view showing another embodiment of a shell in a mold according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 금형에서 냉각관과 마이크로 채널 간의 연결구조에 대한 일 구현예를 보여주는 단면도 및 D-D 선 단면도6 is a cross-sectional view and a cross-sectional view taken along line D-D showing an embodiment of the connection structure between the cooling tube and the microchannel in the mold according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 성형방법에서 인덕션 히팅방법을 보여주는 개략도7 is a schematic view showing an induction heating method in the molding method according to the present invention

도 8은 본 발명에 따른 일 구현예를 보여주는 금형과 가열 및 냉각장치를 포함하는 전체적인 구성을 보여주는 사시도Figure 8 is a perspective view showing the overall configuration including a mold and a heating and cooling device showing an embodiment according to the present invention

도 9는 본 발명에 따른 금형의 일 구현예를 보여주는 개략적인 단면도 및 확대도9 is a schematic cross-sectional and enlarged view showing one embodiment of a mold according to the present invention.

도 10은 본 발명에 따른 금형에서의 셸의 일 구현예를 보여주는 사시도10 is a perspective view showing one embodiment of a shell in a mold according to the present invention.

도 11a,11b는 본 발명에 따른 가열 및 냉각과정에서 시간에 따른 금형 캐비티 표면의 온도변화에 대한 일 실시예를 나타내는 그래프11a and 11b are graphs showing an embodiment of the temperature change of the surface of the mold cavity with time during heating and cooling according to the present invention.

도 12a,12b는 본 발명에 따른 가열 및 냉각과정에서 시간에 따른 금형 캐비티 표면의 온도변화에 대한 다른 실시예를 나타내는 그래프12A and 12B are graphs showing another embodiment of the temperature change of the surface of the mold cavity with time during heating and cooling according to the present invention.

도 13은 본 발명에 따른 금형을 용기 성형에 적용시킨 일 구현예를 보여주는 개략적인 사시도Figure 13 is a schematic perspective view showing an embodiment in which the mold according to the present invention is applied to the container molding

도 14는 본 발명에 따른 성형방법에서 사용되는 인덕션 히팅코일의 일 구현예를 보여주는 사시도Figure 14 is a perspective view showing one embodiment of the induction heating coil used in the molding method according to the present invention

도 15는 도 13의 B-B 선 단면도15 is a cross-sectional view taken along the line B-B of FIG.

도 16a 내지 16c는 도 15의 C 방향에서 본 셸의 여러 구현예를 보여주는 평면도16A-16C are plan views showing various embodiments of the shell seen in the C direction of FIG. 15.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

1 : 금형의 좌 2 : 금형의 우1: left side of mold 2: right side of mold

3,4 : 금형 본체 5 : 캐비티3,4: mold body 5: cavity

6 : 파팅면 7,8 : 셸6: parting surface 7, 8: shell

9,10 : 셸 수용부 11,12 : 캐비티 표면9,10: shell receiving portion 11,12: cavity surface

13 : 셸과 금형 본체 접합부13: shell and mold body joint

14,20 : 냉각관 15 : 마이크로 채널14,20: cooling tube 15: micro channel

16 : 승온층 17 : 단열층16: heat rising layer 17: heat insulating layer

18 : 마이크로 구멍 19 : 비자성재료의 셸18 micro hole 19 shell of nonmagnetic material

21 : 냉각수 라인 22 : 압공라인21: cooling water line 22: pressure line

23 : 유도 가열코일 24 : 병의 목부분 금형23: induction heating coil 24: neck mold of the bottle

25 : 병의 바닥부분 금형25: bottom mold of bottle

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 제품의 성형을 위한 방법은 성형재료를 금형에 주입한 후 냉각단계를 거쳐 성형품을 제조하는 과정을 포함하는 제품의 성형을 위한 방법에 있어서, 소정의 두께를 갖는 표면의 승온층과 그 배면에 공기로 채워진 마이크로 채널을 갖는 단열층으로 이루어진 일체형의 셸로 금형 캐비티 표면을 구성하는 방법과, 0.5∼20초의 시간 동안에 금형 캐비티 표면을 50∼400℃의 온도로 히팅하여 승온시키고, 성형재료를 금형에 주입한 후 금형 본체에 냉매를 순환시켜 냉각시키거나 좀더 적극적으로는 금형 캐비티 배면의 단열층의 마이크로 채널에도 냉매를 순환시켜 냉각시키어 금형 캐비티 표면 온도를 0.5∼20초 이내에 원하는 온도로 냉각시키는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.Method for forming a product according to the present invention is a method for forming a product comprising the step of manufacturing a molded article through the cooling step after the injection molding material into the mold, and the temperature rising layer of the surface having a predetermined thickness and A method of forming a mold cavity surface with an integral shell composed of a heat insulating layer having air-filled microchannels on its back, heating the mold cavity surface to a temperature of 50 to 400 ° C. for a time of 0.5 to 20 seconds, and heating the molding material. The process of cooling the mold cavity surface temperature to the desired temperature within 0.5 to 20 seconds by injecting the mold into the mold body to cool the refrigerant by circulating the refrigerant or more actively by circulating the refrigerant in the microchannel of the insulation layer on the back of the mold cavity. Characterized in that consisting of.

또한, 상기 금형 캐비티 표면을 구성하는 과정에서 필요한 경우 승온층과 절연층을 이루는 상기 셸의 일부를 비자성물질로 대체하여 금형 캐비티 표면의 일부가 승온되지 않도록 할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, if necessary in the process of constituting the mold cavity surface, a portion of the shell constituting the heating layer and the insulating layer may be replaced with a nonmagnetic material so as to prevent a portion of the mold cavity surface from being heated.

또한, 냉각효율을 위하여 금형 본체에 구성된 냉각관을 통해 냉매를 항상 순환시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the refrigerant can be always circulated through the cooling tube configured in the mold body for cooling efficiency.

또한, 상기 냉각하는 과정에서 보다 적극적으로 냉각시킬 수 있는 것을 특징으로 하는데, 이는 승온층 배면의 단열층의 마이크로 채널에 냉매를 순환시키는 방식으로 금형 본체 내의 냉각관과는 별도의 냉각관을 구성하고 이를 마이크로 채널과 직접 연결시켜 냉매를 순환시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the cooling process can be more actively cooled, which constitutes a cooling tube separate from the cooling tube in the mold body by circulating the refrigerant in the microchannel of the heat insulation layer on the rear of the heating layer. It is characterized in that the refrigerant is circulated by direct connection with the micro channel.

또한, 상기 승온 및 냉각하는 과정에서 승온 전에 단열층의 마이크로 채널 내의 냉매의 순환을 중지하고 압축공기 또는 진공으로 마이크로 채널 내의 냉매를 제거한 후 승온시키고 냉각 과정에 다시 냉매를 순환시키는 과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.In the heating and cooling process, the circulation of the refrigerant in the microchannel of the heat insulation layer is stopped before the temperature is raised, and the refrigerant is removed from the microchannel by compressed air or vacuum, and then the temperature is raised and the refrigerant is circulated again in the cooling process. It is done.

본 발명에 따른 제품의 성형을 위한 금형은 도 1에서, 캐비티(5)를 포함하는 금형의 좌(1), 우(2) 구성에 있어서, 좌 우 각각은 캐비티 표면(11 또는 12)의 역할을 하며 소정의 두께를 갖는 승온층(16)과, 상기 승온층(16)의 배면에 배열된 마이크로 채널(15) 또는 마이크로 구멍(18)으로 조성되는 단열층(17)으로 이루어진, 도 2 에 보이는 것과 같은, 일체형의 셸을 포함하고 셸이 밀착되는 금형 본체(3 또는 4)로 구성되는 것을 특징으로 한다.The mold for molding the product according to the invention is shown in Figure 1 in the left (1), right (2) configuration of the mold including the cavity (5), each of the left and right roles of the cavity surface (11 or 12) 2, which comprises a temperature rising layer 16 having a predetermined thickness and a heat insulating layer 17 formed of a micro channel 15 or a micro hole 18 arranged on the rear surface of the temperature rising layer 16. It is characterized in that it consists of a mold body (3 or 4) including an integral shell, such that the shell is in close contact.

도면에서 3과 4, 7과 8, 9와 10, 11과 12는 금형의 좌(1)와 우(2)에 각각 있는 부분으로 이하 하나만을 언급한다.In the drawings, 3 and 4, 7 and 8, 9 and 10, 11 and 12 refer to only one below as the parts on the left (1) and the right (2) of the mold, respectively.

특히, 상기 셸(8)의 재질은 가열방법으로 인덕션 방법을 적용할 경우에는 인덕션 히팅이 가능한 자성체 재질인 것을 특징으로 한다.In particular, the material of the shell 8 is characterized in that the magnetic material capable of induction heating when the induction method is applied as a heating method.

또한, 도 3을 참조하면, 상기 셸(8)은 금형 본체(4)의 셸 수용부(10) 내에 밀착되면서 좌우 금형의 사이인 파팅면(6)을 이루는 면에서만 셸(8)과 셸 수용부(10) 간의 경계선(13)에서 합체되거나, 또는 상기 셸(8) 배면과 셸 수용부(10)가 모두 합체되어 일체로 조합되는 것을 특징으로 한다.In addition, referring to FIG. 3, the shell 8 is in close contact with the shell accommodating portion 10 of the mold main body 4 and forms only the shell 8 and the shell accommodating surface of the mold 8. It is characterized in that it is incorporated at the boundary line 13 between the parts 10, or both the back surface of the shell 8 and the shell receiving portion 10 are combined and integrally combined.

또한, 상기 셸(8)의 두께는 1∼25mm 정도이고 승온층(16)의 두께는 0.3∼10.0mm인 것을 특징으로 한다.In addition, the thickness of the shell 8 is about 1 to 25 mm, and the thickness of the temperature rising layer 16 is 0.3 to 10.0 mm.

여기서, 승온층의 두께가 0.3mm 미만이면 가공이 어려울 뿐만 아니라 강도가 약해지고 온도의 균일성을 해치는 문제가 있고, 10.0mm을 초과하면 서멀 매스가 너무 커서 효율적이지 않다.Here, if the thickness of the temperature rising layer is less than 0.3mm, not only the processing is difficult, but also the strength is weak, and there is a problem of impairing the uniformity of temperature. If the temperature exceeds 10.0mm, the thermal mass is too large and not efficient.

특히, 도 4a 내지 4c를 참조하면,상기 금형 캐비티를 구성하는 과정에서 단열층(17)은 마이크로 채널(15) 또는 마이크로 구멍(18)으로 만들어지며, 채널이나 구멍에 확보되는 공기층의 면적은 단열층의 20∼90%인 것을 특징으로 한다.In particular, referring to FIGS. 4A to 4C, in the process of configuring the mold cavity, the heat insulation layer 17 is made of a micro channel 15 or a micro hole 18, and the area of the air layer secured in the channel or hole is determined by the heat insulation layer. It is characterized by 20 to 90%.

여기서, 공기층의 면적이 20% 미만이면 단열이 부족하고 90%를 초과하면 단열이 과하거나 또는 성형압력에 따른 셸(8)의 강도가 취약해지는 문제가 있다.Here, if the area of the air layer is less than 20%, there is a problem that the heat insulation is insufficient and if the air layer exceeds 90%, the heat insulation is excessive or the strength of the shell 8 due to the molding pressure is weak.

또한, 도 4a 내지 4c를 참조하면, 상기 마이크로 채널(15)은 단열층(17)의 배면에 직선형 또는 파형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.4A to 4C, the microchannel 15 may be formed in a straight line or a wave shape on the rear surface of the heat insulation layer 17.

또한, 상기 마이크로 채널(15)은 폭이 0.3∼10.0mm 정도인 것을 특징으로 한다.In addition, the microchannel 15 is characterized in that the width is about 0.3 ~ 10.0mm.

여기서, 마이크로 채널의 폭이 0.3mm 미만이면 가공이 어렵고 적극적으로 냉각을 위해 이곳에 냉각수를 순환시키는 경우 냉각수 순환에 문제가 있으며, 10.0mm 초과하면 온도의 균일도가 떨어지는 문제가 있다.Here, when the width of the microchannel is less than 0.3mm, it is difficult to process and there is a problem in cooling water circulation when circulating the cooling water therein for active cooling, and when it exceeds 10.0mm, there is a problem that the uniformity of the temperature falls.

또한, 상기 마이크로 구멍(18)은 직경이 0.3∼10.0mm 정도인 것을 특징으로 한다.The micro holes 18 are characterized by having a diameter of about 0.3 to 10.0 mm.

여기서, 마이크로 구멍의 직경이 0.3mm 미만이면 가공이 어렵고, 10.0mm를초과하면 온도의 균일도가 떨어지는 문제가 있다.Here, if the diameter of the micro holes is less than 0.3 mm, processing is difficult, and if the diameter exceeds 10.0 mm, there is a problem that the temperature uniformity is inferior.

또한, 도 5를 참조하면, 상기 금형 캐비티 표면을 구성하는 과정에서 필요한 경우 승온층과 단열층을 이루는 상기 셸의 일부(19)를 비자성물질로 대체하여 유도가열의 경우에 금형 캐비티 표면의 일부가 승온되지 않도록 셸의 일부를 비자성물체로 대체할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, referring to Figure 5, if necessary in the process of forming the mold cavity surface, the part of the mold cavity surface in the case of induction heating by replacing a portion 19 of the shell constituting the heating layer and the insulating layer with a non-magnetic material, if necessary The shell may be replaced with a nonmagnetic material so that the temperature is not increased.

또한, 상기 승온 및 냉각하는 과정에서 냉각효율의 개선을 위해 금형 본체(4)에 구성된 냉각관(14)을 통해 냉매를 항상 순환시키 위하여 금형 본체(4)에 냉각관(14)을 설치하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to improve the cooling efficiency during the temperature increase and cooling process, to install the cooling tube 14 in the mold body 4 to always circulate the refrigerant through the cooling tube 14 configured in the mold body 4. It features.

또한, 도 6을 참조하면, 상기 냉각하는 과정에서 단열층의 마이크로 채널에 냉매를 순환시키는 방식인 경우, 금형 본체 내의 냉각관(14)과는 별도의 냉각관(20)을 구성하고 이를 마이크로 채널과 직접 연결시켜 냉각을 수행할 수 있도록 금형 본체(4) 내의 냉각관(14)과는 별도의 냉각관(20)을 마이크로 채널(15)과 직접 연결한 것을 특징으로 한다.In addition, referring to Figure 6, in the case of the method of circulating the refrigerant in the micro-channel of the heat insulating layer during the cooling process, it constitutes a cooling tube 20 separate from the cooling tube 14 in the mold body and the micro-channel and It is characterized in that the cooling tube 20 separate from the cooling tube 14 in the mold main body 4 is directly connected to the microchannel 15 so as to directly perform the cooling.

본 발명에 따른 제품의 성형을 위한 방법 및 금형에 대한 일 구현 예를 히팅방법으로 인덕션 방식을 채용하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.One embodiment of the method for molding the product and the mold according to the present invention will be described in more detail by employing an induction method as a heating method.

성형재료를 금형에 주입한 후 냉각단계를 거쳐 성형품을 제조하는 과정에서 금형 캐비티의 온도를 승온하는 방법으로는, 도 7을 참조하면, 성형품이 곡면을 갖는 경우에도 금형 캐비티의 전체 용적에 대해 균일한 온도 분포를 얻을 수 있는 인덕션 히팅방법을 적용한다.As a method of increasing the temperature of the mold cavity in the process of manufacturing a molded article after cooling the molding material after the injection into the mold, referring to FIG. 7, even when the molded article has a curved surface, the mold cavity may be uniform with respect to the entire volume of the mold cavity. Induction heating method is applied to obtain a temperature distribution.

이러한 인덕션 히팅방법은 금형이 열렸을 때 인덕션 히팅코일(23)을 금형 내에 삽입하여 승온하고, 인덕션 히팅코일을 빼낸 후 금형을 닫고 성형하는 순서로 작동될 수 있는데, 승온층이 얇고 그 배면에 단열층이 구성되어 있으므로, 원하는 온도까지 균일하게 금형 표면만을 신속히 승온할 수 있는 적극적인 방법이다.This induction heating method can be operated in the order in which the induction heating coil 23 is heated in the mold when the mold is opened, and then the induction heating coil is removed and the mold is closed and molded. Since it is comprised, it is an active method which can heat up only a metal mold surface uniformly to a desired temperature quickly.

승온층에 전류를 1차적으로 직접 흘리는 방법도 쓰일 수 있으나, 이 경우 금형 캐비티 표면에 전기를 연결할 전극을 부착하여야 하며 설계를 잘 한다고 하여도 임의의 곡면을 갖는 금형 캐비티 표면에 전류가 균일하게 흘러 균일하게 승온되도록 설계하기가 쉽지 않고 제작하기도 어렵다.It is also possible to use direct current flow directly to the heating layer, but in this case, the electrode to be connected with electricity must be attached to the surface of the mold cavity, and even though the design is good, the current flows evenly on the surface of the mold cavity having any curved surface. It is not easy to design and even to raise the temperature evenly.

이에 반해, 인덕션 히팅 방법은 임의의 형태를 갖는 표면에 유도 전류를 발생시키는 것으로써 균일하고 신속히 승온시킬 수 있는 방법이다.On the other hand, the induction heating method is a method that can raise the temperature uniformly and quickly by generating an induced current on the surface having any shape.

인덕션 히팅방법의 경우 그 특성상 유도되는 전류의 양이 거리의 제곱에 반비례하는 특성을 갖고 있어서 히터와 가까운 표면이 많이 승온되지만, 단열층이 없으면 열전달이 일어나서 온도상승이 쉽지 않다.In the induction heating method, the amount of induced current is inversely proportional to the square of the distance, so that the surface close to the heater is heated up. However, if there is no insulation layer, the temperature rise is not easy due to heat transfer.

그러나, 본 발명에서는 단열층(17)을 그 배면에 갖고 있는 로우 서멀 매스(Low thermal mass)의 승온층(16)을 구성함으로써, 보다 더 구체화된 층(Layer)을 승온시킨다.In the present invention, however, the more specific layer is heated by constituting the heat thermal layer 16 of the low thermal mass having the heat insulating layer 17 on its rear surface.

본 발명의 인덕션 히팅 방법에서 사용하고 있는 인덕션 히터는 고주파 가열에 쓰이는 가열코일 형태의 것으로 그 모양이나 크기는 금형 캐비티의 형태에 맞게 가변적일 수 있다.The induction heater used in the induction heating method of the present invention is in the form of a heating coil used for high frequency heating and its shape or size may be variable to match the shape of the mold cavity.

즉, 도 7과 같이 사출성형의 경우 금형 캐비티 형태대로 인덕션 코일(23)을 제작하여 제작하여 사용할 수 있고, 또 중공성형의 경우, 도 15에 도시한 바와 같이, 내면의 열처리에 적당한 실린더의 형상으로 둥글게 기계 가공한 내권 코일 형태의 것을 사용할 수도 있다.That is, in the case of injection molding, as shown in FIG. 7, the induction coil 23 may be manufactured and used in the form of a mold cavity, and in the case of blow molding, as shown in FIG. 15, a shape of a cylinder suitable for heat treatment of the inner surface is shown. It is also possible to use a round coil machined machined round.

금형 캐비티에 대한 승온 단계에서 승온 중 단열을 시키지 않으면 승온이 늦게 되고, 또 온도 및 열에너지(thermal energy)의 제어가 어려워진다.If heat insulation is not performed during the temperature raising step in the temperature raising step for the mold cavity, the temperature rising becomes slow and the control of temperature and thermal energy becomes difficult.

승온과 동시에 단열을 시킴으로써 성형에 필요한 에너지를 승온층에 저장시킬 수 있으며, 이때 너무 많이 단열을 시키면 냉각이 늦어지므로 적정한 두께의 단열층을 필요로 한다.Insulating at the same time as the temperature rise can store the energy required for molding in the heating layer, if too much heat insulation is slowed down cooling requires a heat insulating layer of the appropriate thickness.

적극적인 방법으로 냉각단계 중 단열층의 마이크로 채널에 냉매를 순환시키는 경우에는 마이크로 채널 벽의 두께가 성형단계에서 셸에 변형이 생기지 않을 만큼만 얇아도 가능하다.In the case of circulating the refrigerant in the microchannel of the insulating layer during the cooling step by an active method, the thickness of the microchannel wall may be as thin as not to cause deformation of the shell in the forming step.

보통 승온층과 단열층은 각각의 열소모량이 다르고 열응력이 누적되는 등의 불균형에 의해 박리현상이 일어나게 되는데, 이러한 승온층 및 단열층 사이의 박리문제를 해소하는 방법으로 2층의 기능을 하나의 분리되지 않은 재료에 구성하는 방법을 채택하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 이러한 바람직한 방법을 제시하고 있다.Usually, the heating layer and the heat insulation layer are separated due to an imbalance such as heat dissipation and heat stress accumulated. The separation of the functions of the two layers is solved by solving the peeling problem between the heat rising layer and the heat insulation layer. It is preferable to adopt a method of constructing a material which is not used, and the present invention suggests such a preferable method.

이를 위하여, 금형 본체(4)의 셸 수용부(10)로부터 설계된 임의의 두께, 예를 들면 6mm 정도의 두께를 갖는 셸(8)을 구비하여 금형 캐비티 면을 이루는 표면은 승온층(16)으로 구성하고, 그 배면에 폭이 예를 들어 0.6∼0.8mm 정도되는 마이크로 채널(15)을 기계 가공 또는 방전 가공하여 단열층(17)을 구성한다.For this purpose, the surface of the mold cavity surface having a shell 8 having an arbitrary thickness designed from the shell accommodating portion 10 of the mold body 4, for example, a thickness of about 6 mm, is formed by the temperature raising layer 16. The microchannel 15 whose width | variety is about 0.6-0.8 mm, for example, is machined or discharge-processed in the back surface, and the heat insulation layer 17 is comprised.

상기 단열층(17)은 그 배면의 마이크로 채널(15)이 조성하는 공기층을 단면대비 20∼90%, 바람직하게는 65∼70% 정도 확보할 수 있으며, 승온층(16)의 두께는 성형에 필요한 열에너지의 양에 상관되는데, 예를 들어 승온층의 두께가 1mm가 남아 있게 되도록 마이크로 채널(15)을 상기 셸(8)의 배면에 수평 또는 깊게 가공한다.The heat insulating layer 17 can secure 20-90%, preferably 65-70%, of the air layer formed by the microchannel 15 on the rear surface thereof, and the thickness of the temperature rising layer 16 is necessary for molding. Correlated with the amount of thermal energy, for example, the microchannel 15 is machined horizontally or deeply into the back of the shell 8 so that the thickness of the heating layer remains 1 mm.

마이크로 채널(15) 대신에 마이크로 구멍(18)을 가공할 수도 있다.The micro holes 18 may be machined instead of the micro channels 15.

특히, 상기 마이크로 채널(15)의 구조는 셸(8)의 배면에 수평 또는 수직방향으로 연속된 구조로 형성할 수 있으며, 각각의 마이크로 채널(15)은 서로 통하게 하거나 각각을 독립적으로 금형 본체(4)에 있는 냉각관(14 또는 20)과 연결하여 사용한다.In particular, the structure of the microchannel 15 may be formed in a continuous structure in the horizontal or vertical direction on the back surface of the shell 8, each microchannel 15 is to pass through each other or each independently of the mold body ( It is used in connection with cooling tube (14 or 20) in 4).

이렇게 가공된 셸(8)을 금형 본체(4)의 셸 수용부(10) 내에 삽입하고, 금형 본체(4)의 파팅면(6)에서 셸(8)과 금형 본체(4)의 경계(13)를 합체한다.The shell 8 thus processed is inserted into the shell accommodating portion 10 of the mold main body 4, and the boundary 13 between the shell 8 and the mold main body 4 at the parting surface 6 of the mold main body 4. )).

필요에 따라서는 셸 수용부(10)의 표면과 셸(8)의 배면 간을 합체한다.If necessary, the surface of the shell accommodating part 10 and the back surface of the shell 8 are coalesced.

이러한 셸(8)의 재질로는 인덕션 히팅이 가능한 철, 니켈, 코발트 등과 같은 자성체 재질을 사용하고, 금형 본체(4)의 재질은 열전도율이 높은 재질을 사용하는 것이 무난하나, 셸(8)과 동일한 재질을 사용하는 것도 가능하다.As the material of the shell 8, magnetic materials such as iron, nickel, and cobalt capable of induction heating are used, and the material of the mold body 4 may be made of a material having high thermal conductivity. It is also possible to use the same material.

즉, 금형 본체(4)의 재질을 셸(8)과 같은 재질을 사용하는 경우에도 인덕션 히팅시 떨어진 거리제곱에 반비례하므로 금형 본체(4)는 거의 발열되지 않는다.That is, even when the material of the mold main body 4 is the same as the shell 8, the mold main body 4 hardly generates heat since it is inversely proportional to the distance squared during induction heating.

여기서, 승온층의 두께는 열에너지의 양과 밀접한 관계가 있는데, 성형재료가 금형면과 접촉하였을 때 성형품의 품질을 향상시키거나 성능을 향상시키는데 필요한 최소의 금형면의 온도 및 에너지의 양, 즉 최소의 열에너지를 갖게 되도록 금형면의 서멀 매스를 설계하는데, 이때의 승온층의 두께는 셸의 재질, 설정온도, 단열 정도 등에 따라 설계한다. 열에너지를 많이 필요로 하면 승온층의 두께를 두껍게 설계한다.Here, the thickness of the heating layer is closely related to the amount of thermal energy, and the minimum amount of temperature and energy of the mold surface, i.e., the minimum mold surface required to improve the quality or performance of the molded article when the molding material comes into contact with the mold surface. The thermal mass of the mold surface is designed to have thermal energy, and the thickness of the temperature rising layer is designed according to the material of the shell, the set temperature, and the degree of insulation. If a large amount of thermal energy is required, the thickness of the heating layer is designed to be thick.

이러한 점들을 고려하여 본 발명에서는 셸의 두께를 1∼25mm, 승온층(16)의 두께를 0.3∼5.0mm으로 설정하고 마이크로 채널(15) 또는 구멍(18)으로 인해 조성되는 공기층을 20∼90% 정도로 설정한 로우 서멀 매스의 셸(8)을 제공하는데 그 특징이 있다.In consideration of these points, in the present invention, the thickness of the shell is set to 1 to 25 mm and the temperature of the heating layer 16 to 0.3 to 5.0 mm, and the air layer formed by the microchannel 15 or the hole 18 is 20 to 90. It features the shell 8 of the low thermal mass set to about%.

또한, 이렇게 승온층의 두께가 두꺼워서, 예를 들면 0.5mm 이상인 경우와 같이 박리의 문제가 없는 경우에는 금형가공 및 조립의 용이함을 위하여 승온층과 단열층을 일체형으로 하지 않고 마이크로 채널을 금형 본체(3)에 가공하고 이를 승온층의 배면에 합체되도록 삽입하여 조립하는 방법으로 만들 수도 있다.In addition, when the thickness of the temperature rising layer is thick and there is no problem of peeling, for example, when the temperature is 0.5 mm or more, the microchannel is not integrated into the mold body (3) without the temperature rising layer and the heat insulating layer being integrated for ease of mold processing and assembly. It can also be made by inserting and assembling them into the back of the heating layer.

한편, 금형 캐비티 표면 중에 승온되지 않아야 할 부분이 있다면 그 부분의 셸 구조를 비자성체로 만든다.On the other hand, if there is a portion of the mold cavity surface that should not be raised, the shell structure of the portion is made of nonmagnetic material.

그러면 그 부분만 전류가 잘 유도되지 않고 따라서 승온되지 않는다.Then, only that part of the current is not well induced and thus does not rise.

본 발명에서 채택하고 있는 냉각방법은 다음과 같다.The cooling method adopted in the present invention is as follows.

성형 사이클 동안 승온 유체를 순환시키다가 냉각 유체를 번갈아 순환시키는 경우에는 관련 설비가 복잡해질 뿐만 아니라 전체 성형 사이클 시간이 길어지게 되므로, 본 발명에서는 성형 사이클 동안 금형 본체(4)를 계속 냉각하는 방법을 채택한다.In the case of circulating the heating fluid alternately and circulating the cooling fluid during the molding cycle, not only the related equipment becomes complicated but also the total molding cycle time becomes long, and according to the present invention, the method of continuously cooling the mold body 4 during the molding cycle is described. Adopt.

이를 위하여, 금형 본체(4)에 냉각관(14)을 설치하고, 그 속으로 냉매를 계속 흐르게 하여 냉각시키며, 또는 금형 본체(4) 뿐만 아니라 단열층(17)의 마이크로 채널(15)을 금형 본체(4)의 냉각관(14 또는 20)에 연결하여 냉각 유체가 단열을 위한 마이크로 채널(15)을 따라 흐르게 함으로써, 냉각을 보다 적극적으로 시킬 수 있다.To this end, a cooling tube 14 is provided in the mold main body 4, and a coolant is continuously flowed therein, or the microchannel 15 of the heat insulating layer 17 as well as the mold main body 4 is transferred to the mold main body. By connecting to the cooling tube 14 or 20 of (4), cooling fluid can flow along the microchannel 15 for heat insulation, and it can make cooling more aggressive.

경우에 따라서 승온 전에 냉각관(20) 및 마이크로 채널(15) 내부의 냉각 유체를 압축공기 또는 진공으로 제거하여 승온효율을 높일 수 있다.In some cases, before the temperature increase, the cooling fluid in the cooling tube 20 and the microchannel 15 may be removed by compressed air or a vacuum to increase the temperature raising efficiency.

본 발명에 따른 성형방법에서는 제품의 품질 및 기능 향상을 만족시키면서도 성형 사이클 시간은 짧게 설정할 수 있어서 성형 생산성을 높일 수 있다.In the molding method according to the present invention, the molding cycle time can be set short while satisfying the improvement of product quality and function, thereby increasing molding productivity.

도 7에 도시한 바와 같이, 0.5∼20초 정도의 빠른 시간 내에 금형 캐비티 표면, 즉 셸(8)의 승온층(16)을 50∼400℃ 정도로 인덕션 히팅한 후 인덕션 코일(23)을 빼내면서 금형을 닫고, 성형재료를 주입하면 금형면과 성형재료의 접촉과 동시에 승온층(16)의 열에너지가 성형품의 품질 또는 성능을 향상시키는 작용을 하며, 연속적으로 일어나는 냉각단계를 거쳐 0.1∼20초 이내에 원하는 온도로 냉각시켜 성형품의 빠른 냉각 및 고화를 유도하면서 금형을 열고 성형품을 취출한다.As shown in FIG. 7, the induction heating of the mold cavity surface, that is, the temperature rising layer 16 of the shell 8, about 50 to 400 ° C. is performed within a short time of about 0.5 to 20 seconds, and then the induction coil 23 is removed. When the mold is closed and the molding material is injected, the thermal energy of the temperature rising layer 16 improves the quality or performance of the molded article at the same time as the mold surface and the molding material are in contact with each other. The mold is opened and the molded article is taken out while cooling to the desired temperature to induce rapid cooling and solidification of the molded article.

이때의 냉각단계에서는 로우 서멀 매스를 강제 냉각함으로써 성형 사이클 시간을 더욱 단축시킬 수 있다.In this cooling step, it is possible to further shorten the molding cycle time by forcibly cooling the low thermal mass.

실시예를 살펴보면, 장치 전체를 도 8과 같이 구성하였고 원통형의 캐비티를 갖는 금형과 그 캐비티 표면을 가열하기 위한 유도 가열코일(23), 냉각을 위한 냉각수 라인(21) 및 가열시간 동안 냉각수를 빼내기 위한 압공라인(22) 등으로 구성되었다.Referring to the embodiment, the entire apparatus is configured as shown in FIG. 8 and a mold having a cylindrical cavity, an induction heating coil 23 for heating the cavity surface, a cooling water line 21 for cooling, and the cooling water is removed during the heating time. It consists of a pressure line 22 for.

도 9는 금형의 구성을 도식적으로 자세히 보여주고 있다.9 schematically shows the configuration of the mold in detail.

도 10은 캐비티 표면의 승온층(16)과 단열층(17)을 일체형으로 구성한 캐비티 표면의 셸(8)을 자세히 보여주는 도면이다.FIG. 10 is a view showing in detail the shell 8 of the cavity surface in which the temperature raising layer 16 and the heat insulating layer 17 of the cavity surface are integrally formed.

도 11a 및 11b는 가열과 냉각과정에서의 시간에 따른 금형 캐비티 표면의 온도변화를 보여주는 그래프이다.11A and 11B are graphs showing the temperature change of the mold cavity surface with time during heating and cooling.

이경우 금형을 구성하는 재료는 일반 금형 탄소강이다.In this case, the material constituting the mold is ordinary mold carbon steel.

유도 가열을 위한 유도 가열 전력은 18㎾, 주파수는 15.3㎑를 사용하였고, 냉각수 온도는 15℃이었다.The induction heating power for induction heating was 18 Hz, the frequency was 15.3 Hz, and the cooling water temperature was 15 ° C.

1.4초간 유도 가열하여 95℃의 캐비티 표면이 245℃로 승온되며, 도 11a는 단열층(17)의 마이크로 채널(15)에 특별히 냉각수를 넣지 않고 그냥 자연 냉각시킨 경우인데, 95℃로 냉각되는데 45초가 소요됨을 보이고 있고, 도 11b는 0.6초의 자연 냉각 후 냉각수를 순환시켜 강제 냉각시킨 경우인데, 0.5초만에 95℃로 냉각됨을 보이고 있다.The cavity surface at 95 ° C. is heated to 245 ° C. by induction heating for 1.4 seconds, and FIG. 11A is a case in which the microchannel 15 of the heat insulation layer 17 is naturally cooled without adding special cooling water. 11b shows a case in which the cooling water is circulated and forcedly cooled after natural cooling of 0.6 seconds, and cooled to 95 ° C. in 0.5 seconds.

도 12a 및 12b는 도 11b를 좀더 잘 보이도록 확대한 것인데, 도 12a는 도 11b와 동일한 경우이고, 도 12b는 자연 냉각시간을 2.8초로 좀더 길게 자연 냉각 후 강제 냉각시킨 경우이다.12A and 12B are enlarged to better show FIG. 11B, FIG. 12A is the same as FIG. 11B, and FIG. 12B is a case where forced cooling is performed after natural cooling for a longer time to 2.8 seconds.

이러한 자연 냉각의 시간이나 온도 등은 성형품의 성능 및 품질을 최고로 발현시키기 위해 필요한 열에너지의 양에 따라 설정된다.The time or temperature of such natural cooling is set according to the amount of thermal energy necessary to express the best performance and quality of the molded article.

또한, 이러한 최적의 공정조건은 승온층 및 단열층의 칫수 및 금형재료 특성 등에 좌우된다.In addition, such optimum process conditions depend on the dimensions of the temperature rising layer and the heat insulating layer and the characteristics of the mold material.

다시 재가열할 때는 가열 효율을 높이기 위해 전 사이클에서 냉각을 위해 단열층에 흘렸던 냉각수를 압공 또는 진공을 이용하여 제거할 수 있다.When reheating again, the cooling water that has flowed into the insulation layer for cooling in all cycles can be removed by means of pressure or vacuum to improve heating efficiency.

이와 같은 본 발명에 따른 성형방법과 금형은 인젝션 몰딩(사출성형), 블로우 몰딩(중공성형), 서모 포밍(열성형) 등에 활용할 수 있다.Such a molding method and a mold according to the present invention can be used for injection molding (injection molding), blow molding (hollow molding), thermoforming (thermoforming) and the like.

블로우 몰딩에의 활용 예를 살펴보면 다음과 같다.An example of application to blow molding is as follows.

PET 병의 내열성을 높이는데 필요한 열고정(Heat Setting)공정에 본 발명을 활용하여 내열성이 높은 병을 빠른 성형 사이클 내에 성형할 수 있다.By utilizing the present invention in a heat setting process required to increase the heat resistance of a PET bottle, a bottle having high heat resistance can be molded in a fast molding cycle.

미국 특허 제4476170호에서 200∼250℃ 열고정을 하면 상당히 높은 수준인 100℃ 이상에서의 내열성을 보이는 PET병을 생산할 수 있음을 보인다.In US Pat. No. 4,444,170, heat setting at 200-250 ° C. shows that PET bottles exhibiting heat resistance above 100 ° C., which is quite high, can be produced.

그러나, 미국 특허 제4476170호에서는 고온으로 승온하고 또 냉각시키는 과정을 승온 열매 및 냉각열매의 순환에 의존하고 있는데 이 경우 성형 사이클이 무척 길어 상업성이 저하된다.However, US Pat. No. 4,444,170 relies on the circulation of the heated fruit and the cooling fruit at a high temperature and then at a high temperature. In this case, the molding cycle is very long, and thus the commerciality is lowered.

여기에 본 발명을 활용하면 생산성이 우수하고 내열성이 우수한 PET 병을 제조 할 수 있다.By utilizing the present invention here, it is possible to produce a PET bottle with excellent productivity and excellent heat resistance.

상세한 예는 도 13에 보이고 있다.A detailed example is shown in FIG.

병의 몸체 부분은 본 발명의 셸(8)을 사용하여 250℃로 승온시키고 빨리 냉각시킬 수 있으며, 병의 목부분(24)이나 바닥부분(25)은 비자성물질로 셸을 구성하여 낮은 온도를 유지하거나 또는 승온층과 단열층의 두께를 병몸체 부분의 두께와 달리 설계하여 250℃보다는 낮은 온도를 유지할 수 있다.The body part of the bottle can be quickly cooled to 250 ° C. using the shell 8 of the present invention and quickly cooled, and the neck part 24 or the bottom part 25 of the bottle is made of a nonmagnetic material to form a shell at low temperature. To maintain or design the thickness of the heating layer and the heat insulating layer different from the thickness of the bottle body portion can maintain a temperature lower than 250 ℃.

인덕션 히팅은 인덕션 히터코일을 도 14와 같이 제조하여 사용하면 된다.Induction heating may be prepared by using an induction heater coil as shown in FIG.

자세한 셸(8) 및 냉각관의 구성은 도 15와 16a 내지 16c에서 보여주고 있다.Details of the configuration of the shell 8 and the cooling tube are shown in FIGS. 15 and 16A to 16C.

도 15에서 셸(8)의 마이크로 채널의 방향은 도 15의 좌측 또는 우측 그림처럼 병의 길이방향 또는 둘레방향으로 만들어질 수 있다.The direction of the microchannel of the shell 8 in FIG. 15 can be made in the longitudinal or circumferential direction of the bottle as shown in the left or right picture of FIG. 15.

이상에서와 같이 본 발명은 로우 서멀 매스를 갖는 승온층과 그 배면에 공기층을 갖는 단열층으로 구성되는 일체형의 셸을 금형 캐비티 표면으로 사용하고, 그 금형 캐비티 표면의 승온을 위하여 고온 유체 순환식 또는 고온 물체 접촉식을 사용하거나, 특히 제품의 형상에 관계없이 균일한 온도분포를 얻을 수 있는 인덕션 히팅방법과 단열층을 이용한 온도 제어 및 강제 냉각방법을 적용하여 짧은 시간에 승온 및 냉각시키고, 또한 균일한 온도분포를 얻으며, 기존의 박리현상과 같은 문제도 해결이 가능한 성형방법 및 금형을 제공함으로써, 성형 사이클 시간을 최소화하면서 성형품의 품질개선 및 성능향상을 도모할 수 있으며, 제품의 성형과 관련한 전반적인 성형 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention uses an integrated shell composed of a heat rising layer having a low thermal mass and a heat insulating layer having an air layer on the back thereof as a mold cavity surface, and a high temperature fluid circulation type or a high temperature for raising the temperature of the mold cavity surface. It is heated and cooled in a short time by using inductive heating method or induction heating method to obtain uniform temperature distribution regardless of product shape, and temperature control and forced cooling method using heat insulation layer. By providing a molding method and a mold that can be distributed and solve problems such as the existing peeling phenomenon, it is possible to improve the quality and performance of the molded products while minimizing the molding cycle time, and overall molding productivity related to the molding of the product. There is an effect to improve.

또한, 성형품의 품질 및 성능향상을 꾀할 수 있도록 거의 제한 없이 고온까지 적극적으로 승온시킬 수 있으며, 또한 성형에 필요한 열에너지에 맞도록 승온층 및 단열층을 설계할 수 있으므로 제어가 가능하며 적극적인 냉각과정을 통해 생산성을 향상시키고, 또한 승온층과 단열층을 하나의 재료에 구성함으로써 내구성 향상의 효과가 있으며 단열층을 포함한 금형을 용이하게 기계 가공 또는 방전 가공할 수 있으므로 산업적 실용성의 효과가 있다.In addition, it is possible to actively raise the temperature to almost high temperature to improve the quality and performance of the molded products, and can control the temperature increase and heat insulating layers to suit the thermal energy required for molding, so that control is possible and active cooling process The productivity is improved, and the temperature raising layer and the heat insulating layer are formed in one material, thereby improving the durability, and since the metal mold including the heat insulating layer can be easily machined or discharged, there is an industrial practical effect.

Claims (17)

성형재료를 금형에 주입한 후 승온 및 냉각단계를 거쳐 성형품을 제조하는 과정을 포함하는 제품의 성형을 위한 방법에 있어서, 상기 승온 및 냉각단계에서 소정의 두께를 갖는 표면의 승온층과 20~90%의 공기층을 갖는 배면의 단열층으로 이루어진 일체형의 셸로 금형 캐비티 표면을 구성하는 과정과, 0.5∼20초의 시간 동안에 금형캐비티 표면을 50∼400℃의 온도로 인덕션 히팅하여 승온시키고, 금형 본체에 냉매를 순환시켜 냉각시키거나 좀더 적극적으로는 금형 캐비티 배면의 공기층에도 냉매를 순환시켜 냉각시키어 금형 캐비티 표면 온도를 0.1∼20초 이내에 냉각시키는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 방법.In the method for forming a product comprising the step of injecting the molding material into the mold and the step of heating and cooling to produce a molded article, the temperature rising layer and the surface of the surface having a predetermined thickness in the heating and cooling step 20 ~ 90 The process of constructing the mold cavity surface with an integrated shell composed of a back insulation layer having a% air layer, and heating the mold cavity surface to a temperature of 50 to 400 ° C. at a temperature of 50 to 400 ° C. for a time of 0.5 to 20 seconds, and applying a refrigerant to the mold body. And cooling the mold cavity surface temperature within 0.1 to 20 seconds by circulating and cooling or more actively circulating and cooling the refrigerant in the air layer on the back surface of the mold cavity. 제 1 항에 있어서, 상기 금형 캐비티 표면을 구성하는 과정에서 필요한 경우 승온층과 절연층을 이루는 상기 셸의 일부를 비자성물질로 대체하여 금형 캐비티 표면의 일부가 승온되지 않도록 할 수 있는 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 방법.The method of claim 1, wherein in the process of forming the mold cavity surface, if necessary, a portion of the shell constituting the heating layer and the insulating layer can be replaced with a nonmagnetic material so that a part of the mold cavity surface is not heated. Method for molding of the product to be made. 제 1 항에 있어서, 상기 승온 및 냉각하는 과정에서 금형 본체에 구성된 냉각관을 통해 냉매를 항상 순환시키는 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 방법.The method of claim 1, wherein the refrigerant is circulated at all times through a cooling tube configured in the mold body during the temperature raising and cooling. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각하는 과정에서 승온층 배면의 단열층의 공기층에 냉매를 순환시키는 방식으로 금형 본체 내의 냉각관 또는 별도의 냉각관을 구성하고 이를 공기층과 직접 연결시켜 냉매를 순환시켜 냉각을 수행하는 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 방법.The method of claim 1, wherein in the cooling process, the refrigerant is circulated in the air layer of the heat insulation layer on the rear surface of the heating layer to form a cooling tube or a separate cooling tube in the mold body, and is directly connected to the air layer to circulate the refrigerant. A method for molding a product, characterized in that it is carried out. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 승온 및 냉각하는 과정에서 승온 전에 단열층의 공기층 내의 냉매의 순환을 중지하고 압축공기 또는 진공으로 공기층 내의 냉매를 제거한 후 승온시키고 냉각 과정에 다시 냉매를 순환시키는 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 방법.The method of claim 1 or 4, wherein the circulation of the refrigerant in the air layer of the thermal insulation layer is stopped before the temperature is raised during the temperature raising and cooling process, the refrigerant is removed from the air layer by compressed air or vacuum, and then the temperature is raised and the refrigerant is circulated again in the cooling process. A method for forming a product, characterized in that the process is carried out. 제품의 성형을 위한 금형은 캐비티를 포함하는 금형의 좌우 구성에 있어서, 좌 우 각각은 캐비티 표면의 역할을 하며 소정의 두께를 갖는 승온층과, 상기 승온층의 배면에 배열된 마이크로 채널 또는 마이크로 구멍으로 조성되는 단열층으로 이루어진 일체형의 셸을 포함하고 단열층이 밀착되는 금형 본체로 구성되는 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 금형.In the mold for forming the product is a left and right configuration of the mold including the cavity, each of the left and right serves as a cavity surface and has a heating layer having a predetermined thickness, and the microchannel or micro holes arranged on the rear surface of the heating layer. Mold for molding a product comprising an integral shell consisting of a heat insulating layer is formed of a mold body which is in close contact with the heat insulating layer. 제 6 항에 있어서, 상기 셸의 재질은 인덕션 히팅이 가능한 자성체 재질인 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 금형.The mold as claimed in claim 6, wherein the shell is made of a magnetic material capable of induction heating. 제 6 항에 있어서, 상기 셸은 금형 본체의 셸 수용부 내에 밀착되면서 좌우 금형의 사이인 파팅면을 이루는 면에서만 셸과 셸 수용부간의 경계선에서 합체되거나, 또는 상기 셸 배면과 셸 수용부가 모두 합체되어 일체로 조합되는 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 금형.7. The shell of claim 6, wherein the shell is coalesced at the boundary between the shell and the shell accommodating portion only on the surface of the shell body which is in close contact with the shell accommodating portion of the mold body and forms a parting surface between the left and right molds, or both the shell back and the shell accommodating portion are coalesced. And a mold for molding the product, characterized in that it is integrally combined. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셸의 두께는 1∼25mm 정도이고 승온층의 두께는 0.3∼10.0mm인 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 금형.9. The mold according to any one of claims 6 to 8, wherein the shell has a thickness of about 1 to 25 mm and the temperature rising layer has a thickness of 0.3 to 10.0 mm. 제 6 항에 있어서, 상기 금형 캐비티를 구성하는 과정에서 단열층이 확보하는 공기층은 20∼90%인 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 금형.The mold for molding a product according to claim 6, wherein the air layer secured by the heat insulation layer in the process of forming the mold cavity is 20 to 90%. 제 6 항에 있어서, 상기 마이크로 채널은 단열층의 배면에 직선형 또는 파형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 금형.7. The mold as claimed in claim 6, wherein the microchannels are formed in a straight or corrugated form on the rear surface of the heat insulation layer. 제 6, 7, 8, 10, 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 채널은 폭이 0.3∼10.0mm 정도인 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 금형.The mold according to any one of claims 6, 7, 8, 10 and 11, wherein the microchannels have a width of about 0.3 to 10.0 mm. 제 6 항에 있어서, 상기 마이크로 구멍은 직경이 0.3∼10.0mm 정도인 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 금형.7. The mold according to claim 6, wherein the micro holes have a diameter of about 0.3 to 10.0 mm. 제 6 항에 있어서, 상기 금형 캐비티 표면을 구성하는 과정에서 필요한 경우 승온층과 절연층을 이루는 상기 셸의 일부를 비자성물질로 대체하여 금형 캐비티 표면의 일부가 승온되지 않도록 셸의 일부를 비자성물체로 대체할 수 있는 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 금형.The non-magnetic portion of the shell of claim 6, wherein a part of the shell forming the mold cavity surface is replaced with a nonmagnetic material, if necessary, to replace the portion of the shell with the non-magnetic material. Mold for forming a product, characterized in that the object can be replaced. 제 6 항에 있어서, 상기 승온 및 냉각하는 과정에서 금형 본체에 구성된 냉각관을 통해 냉매를 항상 순환시키 위하여 금형 본체에 냉각관을 설치하는 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 금형.The mold for molding a product according to claim 6, wherein a cooling tube is installed in the mold body in order to always circulate the refrigerant through a cooling tube configured in the mold body during the temperature raising and cooling. 제 6 항에 있어서, 상기 승온 및 냉각하는 과정에서 공기층에 냉매를 순환시키는 방식인 경우, 금형 본체 내의 냉각관 또는 별도의 냉각관을 구성하고 이를 공기층과 직접 연결시켜 냉각을 수행할 수 있도록 금형 본체 내의 냉각관 또는 별도의 냉각관을 공기층과 직접 연결한 것을 특징으로 하는 제품의 성형을 위한 금형.The mold body of claim 6, wherein in the heating and cooling process, the refrigerant is circulated in the air layer. The mold body may be configured to form a cooling tube or a separate cooling tube in the mold body and directly connect the cooling tube to the air layer to perform cooling. A mold for molding a product, characterized in that the cooling tube inside or a separate cooling tube is directly connected with the air layer. 제 1 항의 성형방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 성형품.A molded article produced by the molding method of claim 1.
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